Pengolahan pangan dengan panas merupakan teknik pengolahan yang paling populer diaplikasikan di industri pangan. Proses pengalengan pangan (canning) merupakan teknik lama yang sampai sekarang masih terus dilakukan dan bahkan semakin maju -baik dalam pemastian keamanannya, peningkatan efisiensinya, maupun optimasi untuk mempertahankan mutunya.
Secara umum, tujuan utama proses panas adalah menghasilkan produk yang aman dikonsumsi. Dalam hubungannya dengan keamanan pangan, maka karakteristik intrinsik yang dominan mempengaruhi potensi bahaya bahan pangan adalah nilai aktivitas air (aw) dan keasaman (pH). Berdasarkan pada nilai aw dan pH; bahan pangan dapat dikelompokkan dalam 3 golongan berdasarkan pada tingkat potensi bahayanya (Gambar 1), sebagaimana pernah dijelaskan pada artikel Display it Right, yang dimuat di FOODREVIEW INDONESIA Vol. III No. 5 Mei 2008.
Kelompok pertama adalah bahan pangan yang mempunyai nilai aw > 0.85 dan pH > 4,5 merupakan bahan pangan dengan potensi bahaya yang tinggi (high, H); sering disebut sebagai potentially hazardous foods; PHF (pengertian lebih detail tentang PHF ini bisa dilihat pada www.ift.org). Dengan karakteristik basah (aw > 0.85) dan tidak asam (pH > 4,5), produk segar daging, unggas, telur, susu, ikan merupakan produk dengan potensi bahaya yang tinggi.
Kelompok kedua; adalah bahan pangan yang (i) nilai aw > 0.85 tetapi nilai pH < 4.5, dan/atau (ii) nilai pH > 4.5 tetapi nilai aw < 0.85. Kelompok ini merupakan kelompok degan potensi bahanya medium (M). Kelompok M pertama; bahan pangan basah tetapi asam (aw > 0.85 tetapi pH < 4.5) sering disebut sebagai acidified foods atau pH-controlled foods. Kelompok M kedua; yaitu pangan tidak asam tetapi kering (pH > 4.5 tetapi aw < 0.85) sering pula disebut sebagai aw-controlled foods. Kelompok M ini umumnya relatif lebih awet dan mempunyai potensi bahaya ebih rendah daripada kelompok H. Kelompok ketiga adalah kelompok pangan kering dan asam (aw < 0.85 dan pH < 4.5); yang umumnya relatif awet dan potensi bahanya rendah (low; L).
Dalam kaitannya dengan upaya menjamin keamanan pangan; maka proses pengolahan dengan panas harus memperhatikan karakteristik nilai aw dan pH bahan pangan yang akan diolah. Tujuan utama kedua dari proses panas adalah untuk mengawetkan produk pangan. Pada kenyataannya, jumlah panas yang diperlukan untuk mencapai tingkat keawetan tertentu yang diinginkan juga sangat ditentukan oleh nilai aw dan pH produk pangan. Tingkat keawetan dan keamaan sering sangat berhubungan, dan dalam kaitannya dengan proses panas; tujuan utama ini tidak boleh dikompromikan.
Dengan kata lain, upaya optimasi untuk (i) meminimalkan kerusakan zat gizi dan atribut mutu, (ii) memaksimalkan “yields”, (iii) meningkatkan produktivitas, dan (iv) mengurangi biaya tidak boleh dilakukan jika hal itu akan berpengaruh negatif pada aspek keamanan (dan keawetan). Karena alasan itu maka, pada bagian pertama tulisan ini akan diuraikan mengenai tujuan utama proses panas ini.
Kenali tujuan
utama proses panas
Sekali lagi, tujuan utama proses panas adalah tercapainya tingkat keamanan pangan yang dikehendaki; atau yang sesuai dengan standar keamanan pangan yang ada. Target tingkat keamanan pangan ini dalam literatur modern dikenal dengan istilah Food Safety Objectives (atau FSO). Otoritas keamanan pangan, perlu menetapkan seberapa besar tingkat risiko keamanan pangan yang bisa diterima (“acceptable”), dan industri pangan berkewajiban memastikan bahwa proses panas yang aplikasikannya akan mempu mencapai tingkat tersebut. Dalam kaitannya dengan proses panas, industri pangan perlu menentukan berapa nilai sterilisasi (F0) atau nilai pasteurisasi (P-value) yang dianggap cukup untuk mencapai tingkat risiko keamanan pangan yang bisa diterima (acceptable) tersebut. Sekali lagi, nilai sterilisasi (F0) atau nilai pasteurisasi (P-value) tersebut sangat tergantung pada karakteritsik aw dan pH bahan pangan yang dipanaskan, serta tingkat keawetan yang ingin dicapai (Gambar 2).
Secara khusus; USFDA –misalnya; mempersyaratkan bahwa untuk produk pangan dengan pH > 4.5 dan aw > 0.85 (Gambar 2 A)- juga disebut sebagai pangan berasam rendah (low-acid foods)- yang diberi perlakuan panas untuk mencapai tingkat sterilisasi komersial sehingga produk akhirnya akan awet (shelf stable) tanpa perlu refrigerasi; maka proses pemanasannya harus divalidasi untuk memastikan persyaratan keamanan pangan. Persyaratan keamanan pangan steril komersial adalah bahwa peluang ditemukannya spora C. botulinum yang masih aktif (capable of growing) dalam produk dalam kemasan adalah sebesar 10-9, atau dengan kata lain; telah terjadi pengurangan populasi C. botulinum sebesar 12 siklus log, dengan asumsi bahwa jumlah awalnya = 1000 spora per kemasan. Kriteria yang disebukan kedua itulah yang melahirkan konsep proses 12 D yang banyak dikenal sampai sekarang. Namun,perlu ditekankan bahwa konsep 12 D itu memenuhi persyaratan standar USFDA, jika dan hanya jika, asumsi tentang jumlah awal spora per kemasan dipenuhi; yaitu = 1000. Asumsi ini tidak lain menyatakan bahwa ada standar sanitasi dan hygiene; serta praktek good manufacturing practices yang harus dipenuhi dan selalu dimonitor dan kendalikan dengan baik.
Secara umum; proses termal untuk produk dengan aw > 0.85 dan pH < 4.5 atau pH > 4.5 dan aw < 0.85 sering dilakukan dengan target reduksi 6 desimal (6 D process) untuk populasi C. botulinum non-proteolitik; yang akan menghasilkan produk dengan daya awet tergantung pada GMP. Reduksi 6 deseimal ini ekivalen dengan dengan nilai P (P-value) = 10 menit, yaitu 6 x 1.7 menit; dimana nilai D untuk C. botulinum non-proteolitik adalah 1,7 menit. Untuk produk Misal berbasis tomat, misalnya, sering dipanaskan pada suhu 93.3oC selama 5 menit (pH 4.0 - 4.3) atau 10 menit untuk produk dengan pH antara 4,3 sampai 4,6.
Sterilisasi komersial
Seperti dikemukakan, USFDA mempersyaratkan bahwa proses pengalengan pangan untuk pangan berasam rendah untuk mencapai kondisi steril komersial harus mencapai performance standards tertentu; dimana proses 12 D umumnya bisa dipalikasikan jika asumsi jumlah awal spora C. botulinum = 1000 spora per kemasan. Jika diketahui bahwa nilai DC.Bot,250F adalah 0.23 menit; maka proses 12 D ekivalen dengan proses pemanasan ada suhu 250oF selama 2,8 menit; atau dikatakan bahwa nilai F0=2,8 menit. Tabel 1 adalah nilai daftar nilai F0 untuk beberapa produk pangan steril komersial di pasar UK.
Dari Tabel 1 terlihat bahwa kebanyakan produk steril komersial menerima pemanasan (dinyatakan nilai F0) lebih dari 12 D. Hal ini dilakukan oleh industri untuk (i) mengkompensasi adanya kemungkinan “lack of process control” terhadap proses yang ada, (ii) mengantisipasi adanya kekhawatiran adanya spora bakteri yang lebih tahan panas daripada spora C. botulinum, atau (iii) tujuan lain, seperti mengempukkan produk, mengempukkan tulang, atau mendapatkan cita rasa, tekstur, warna atau karakteristik mutu khas lainnya. Alasan lain tentang proses panas yang cenderung berlebihan ini adalah (i) adanya kekhawatiran bahwa asumsi tetang jumlah awalnya spora C. botulinum yang lebih dari 1000 (103) per kemasan karena permasalahan bad practices di sepanjang rantai produksi pangan, atau (ii) karena alasan ketidak-tahuan.
Hal yang sama, yaitu adanya kecenderungan penggunaan panas secara berlebih-lebihan juga ditemukan di Indonesia (Gambar 3). Bahkan beberapa produk mendapatkan perlakuan panas yang sangat berlebihan. Menurut pengamatan penulis yang melakukan penelitian di berbagai industri pangalengan pangan di Indonesia; hal ini disebabkan karena ketidak-tahuan. Berbagai industri bahkan tidak pernah melakukan pengukuran nilai F0. Tentunya; hal ini membuka peluang untuk melakukan optimasi.
Optimasi proses panas
Secara umum, optimasi bisa dilakukan dengan baik jika telah dilakukan pengukuran nilai F0 dengan baik dan benar. Perlu diingat bahwa dalam kerangka optimasi proses termal, tujuannya adalah tetap untuk secara efektif memusnahkan mikroba yang menjadi target proses termal, tetapi pada saat yang sama, berkeinginan untuk meminimisasikan kerusakan mutu (baik kerusakan gizi, kerusakan organoleptik, tekstur) yang mungkin terjadi. Untuk itu, hal-hal berikut ini perlu dipertimbangkan dengan baik; yaitu (i) ketahui dan kendalian jumlah mikroba awal pada produk/bahan baku, (ii) ketahui dengan pasti nilai-D mikroba target, (iii) ketahui dan kendalikan peluang kontaminasi dan/atau pertumbuhan bakteri selama persiapan (sebelum pemanasan), (iv) lakukan penghitungan nilai F0, (v) ketahui dan kendalian titik kritis, dan selanjutnya (i) lakukan penyesuaian suhu (T) dan waktu (t) proses pemasakan; untuk mencegah pemanasan berelebihan (over processed).
Selain memberikan tingkat mutu (baik mutu tekstur, warna, gizi) yang lebih baik bagi konsumen, proses optimasi; khususnya mencegah pemanasan berlebihan, sangat penting artinya bagi industri pangan karena (i) bisa mengurangi kehilangan yield dan (ii) menurunkan waktu proses (retorting) yang berarti meningkatkan daily canning throughput.
HTST/UHT
Informasi dasar yang diperlukan adalah parameter kinetika, khusus kinetika inaktivasi mikroba target dan degradasi atribut mutu. Untuk itu; pertama sekali yang harus dilakukan adalah (i) mengenali atribut mutu produk, dan (ii) mikroba target khas yang berhubungan dengan karakeristik produk pangan yang diproses. Parameter kinetika yang diperlukan terutama adalah konstanta laju perubahan (k), dan energi aktiviasi (Ea) atau dalam thermobakteriologi konstanta laju perubahan ini dinyatakan sebagai D, sedangkan parameter yang menunjukkan sensititivas D terhadap perubahan suhu dinyatakan dengan Z.
Umumnya, laju reaksi-reaksi dekomposisi yang terjadi selama proses panas dapat dijelaskan dengan menggunakan model reaksi ordo pertama, sebagaimana terlihat pada persamaan 1 (Tabel 2); yang jika diintegrasikan akan menghasilkan persamaan 2. Nilai konstanta laju reaksi (nilai k) ini dipengaruhi oleh suhu, sesuai dengan persamaan Arrhenius (persamaan 3). Dari Arrhenius (persamaan 3) yang merupakan persamaan ketergantungan konstanta laju reaksi (k) terhadap suhu, dapat diturunkan persamaan (4) yang merupakan bentuk linier dari persamaan (3).
Dari analisa kinetika seperti terlihat pada Tabel 2, berbagai reaksi-reaksi perubahan selama proses panas dapat dibagi menjadi 2 golongan (Reuter, 1993). Golongan I; yaitu kelompok reaksi yang mempunyai nilai energi aktivasi tinggi (nilai z rendah) dan Golongan II; yaitu reaksi yang mempunyai nilai energi aktivasi rendah (nilai z tinggi). Plot persamaan 4 (plot Arrhenius) dari kedua kelompok reaksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 4. Laju inaktivasi jumlah mikroba (spora) termasuk pada golongan I, yaitu mempunyai nilai energi aktifasi 30-84 104 J/mol (nilai z = 6-12oC); yang pada plot Arrhenius (Gambar 4) dicirikan dengan kemiringan yang tajam (Reuter, 1993). Sebaliknya, perubahan-perubahan yang lain (inaktivasi enzim dan perubahan kimia) termasuk pada golongan II, yaitu nilai energi aktifasi 6-12 104 J/mol (nilai z = 30-60oC), dimana pada plot Arrhenius dicirikan dengan kemiringan yang lebih landai (Reuter, 1993). Nilai Z (dan D) untuk inaktivasi berbagai mikroba dan kerusakan zat gizi penting dalam proses termal dapat dilihat pada Tabel 3 dan 4.
Perbedaan kinetika reaksi inilah yang dijadikan dasar bagi pengembangan teknik pasteurisasi dan sterilisasi mutakhir saat ini. Jika berbagai perubahan kunci yang mungkin terjadi pada produk pangan selama pemanasan bisa diidentifikasi, maka kombinasi suhu dan waktu pemanasan dengan target perubahan tertentu bisa dipetakan, sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 5. Dengan perhitungan tersebut, optimasi proses pemanasan bisa dilakukan dengan memilih kombinasi suhu dan waktu yang memberikan kerusakan minimum pada mutu. Prinsip inilah yang kemudian melahirkan teknik-teknik HTST (High Temperature Short Time) dan UHT (Ultra High Temperature).
Dengan menggunakan informasi yang terdapat pada Gambar 5 maka pemilihan kombinasi suhu dan waktu pemanasan bisa dilakukan dengan mudah. Jika perhatian difokuskan pada perubahan warna –misalnya-, maka proses pengalengan bisa (lihat kotak berwarna kuning) akan menyebabkan perubahan warna. Namun demikian; jika suhu proses dinaikkan (dan waktu proses diturunkan) sehingga mencapai perbedaan kinetika reaksi inilah yang dijadikan dasar bagi pengembangan teknik pasteurisasi dan sterilisasi mutakhir saat ini. Jika berbagai perubahan kunci yang mungkin terjadi pada produk pangan selama pemanasan bisa diidentifikasi, maka kombinasi suhu dan waktu pemanasan dengan target perubahan tertentu bisa dipetakan, sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 5. Dengan perhitungan tersebut, optimasi proses pemanasan bisa dilakukan dengan memilih kombinasi suhu dan waktu yang memberikan kerusakan minimum pada mutu. Prinsip inilah yang kemudian melahirkan teknik-teknik HTST (High Temperature Short Time) dan UHT (Ultra High Temperature).
Purwiyatno Hariyadi
Referensi
- Bylund, G. 1995. Dairy Processing Handbook. Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Sweden
- Hariyadi, P. 2008, Canning Industry in Indonesia : need for safety assurance regulation and quality optimisation. Journal of Food Manufacturing Efficiency Vol 2(1), 2008. Pp 45-48
- Holdsworth, S.D. 1997. Thermal Processing of Packaged Foods. Blakie Academic & Professional. London
- Reuter, H. 1993. Fundamental of UHT and HTST Sterilization of foodstuffs. Di dalam “Aseptic Processing of Foods”, H. Reuter, Ed. Technomic Publishing Co. Inc. Lancaster, Basel.
(FOODREVIEW INDONESIA Edisi Juli 2009)